Bagaimana silikon gred industri dihasilkan

Silikon, unsur kedua paling banyak dalam kerak bumi, digunakan secara meluas dalam metalurgi, aloi aluminium, bahan kimia, bateri, tenaga suria dan elektronik. Dalam rantaian perindustrian yang besar ini, Metalurgi Gred Silicon (MG-Si) memainkan peranan sebagai bahan mentah asas dan merupakan titik permulaan semua-bahan silikon ketulenan tinggi (seperti polysilicon dan silikon gred elektronik).
 

Jadi, bagaimanakah Silikon Gred Metalurgi diekstrak daripada bijih kuarza semula jadi? Dalam artikel ini, kami akan membawa anda menyelam lebih mendalam ke dalam proses pengeluaran lengkap silikon perindustrian.

Silikon gred metalurgi ialah bahan mentah bukan-ferus aloi yang kaya dengan silikon, dengan kandungan silikon antara 95% dan 99.5%. Ia biasanya dalam bentuk ketulan logam kelabu, tetapi juga boleh diproses menjadi produk berbutir atau serbuk atas permintaan.

Walaupun nama "logam silikon", silikon gred -metalurgi bukanlah logam tulen, tetapi campuran besi (Fe), aluminium (Al), kalsium (Ca) dan kekotoran lain. Kandungan kekotoran ini menentukan skop penggunaan dan nilai pasarannya.

Kegunaan utama silikon gred metalurgi termasuk: penyahoksidaan keluli, tetulang aloi aluminium, bahan mentah aloi ferrosilikon, bahan mentah kimia, bahan tambahan bateri, bahan refraktori, dan bahan fotovoltaik dan semikonduktor primer.

Bahan mentah utama untuk silikon gred metalurgi ialah kuarza (SiO₂) atau kuarzit. Mineral ini mengandungi-silikon dioksida ketulenan tinggi, yang merupakan bentuk utama silikon yang terdapat di alam semula jadi.

Proses pengurangan silikon dioksida mempunyai ambang tenaga yang tinggi kerana ikatan Si-O yang sangat stabil. Untuk merealisasikan tindak balas pengurangan, kuarza perlu dicampur dengan teliti dengan bahan-karbon (cth, kok, arang batu, serpihan kayu, arang, dsb.) untuk membentuk campuran tindak balas. Sumber karbon ini mampu bertindak balas dengan oksigen pada suhu tinggi untuk membebaskan silikon tulen.

Proses pembuatan teras untuk silikon industri ialah tindak balas Pengurangan Karboterma (CR) dalam relau arka elektrik yang tenggelam.

Persekitaran reaksi suhu tinggi-

Suhu di dalam relau biasanya dikekalkan pada 1500 hingga 2000 darjah. Relau bergantung pada elektrod untuk mengalirkan arus elektrik yang kuat ke dalam cas, mewujudkan zon arka-suhu tinggi. Suhu ini mencukupi untuk memacu tindak balas utama berikut: SiO₂ (pepejal) + 2C (pepejal) → Si (cecair) + 2CO (gas).

Dalam cas, tindak balas pengurangan antara silika dan karbon berlaku, menghasilkan silikon cecair dan gas karbon monoksida.

Mekanisme tindak balas berbilang-peringkat

Relau bukanlah persekitaran tindak balas homogen: Suhu tinggi di kawasan tengah membawa kepada tindak balas yang cepat dan pembentukan kuantiti silikon cecair yang banyak.

Suhu yang lebih rendah di kawasan pinggir boleh menyebabkan pembentukan gas perantaraan SiO (Silicon Oxide) .

Gas-gas ini sama ada boleh bertindak balas lebih jauh dalam relau untuk membentuk silikon, atau melarikan diri daripada relau untuk membentuk-produk sampingan Silica Fume.

Mengekalkan Keliangan Caj

Untuk memastikan aliran gas lancar, lapisan bahan tindak balas mesti mempunyai pengudaraan yang baik. Jika lapisan cas terlalu padat, kecekapan pengurangan akan dikurangkan dan penggunaan tenaga akan meningkat.

Selepas silikon cecair telah menumpu di bahagian bawah relau, ia diketuk melalui pembukaan relau dan dialihkan ke dalam senduk atau mangkuk pijar. Pada ketika ini, silikon biasanya berada dalam-keadaan cecair suhu tinggi dengan kekotoran.

Dalam pemprosesan seterusnya, pengeluar menjalankan penapisan awal untuk mengawal kandungan aluminium, kalsium dan kekotoran lain dan untuk memastikan produk memenuhi spesifikasi kimia pratetap.

Selepas penapisan awal, silikon cecair dituangkan ke dalam acuan dan disejukkan untuk membentuk jongkong.

Selepas penyejukan selesai, jongkong akan dihancurkan oleh peralatan penghancuran mekanikal, disaring mengikut saiz zarah yang berbeza (cth. 10-100mm), dibungkus dan disediakan untuk penghantaran.

Kualiti silikon gred metalurgi diukur dengan aspek berikut: Kandungan Si (biasanya 95% hingga 99.5%); kandungan kekotoran seperti Fe, Al, dan Ca; spesifikasi saiz zarah dan bentuk zarah; dan kumpulan-ke-kestabilan gubahan kelompok.

Pengilang biasanya menjalankan analisis spektrum dan ujian fizikal pada setiap kelompok silikon, dan mengeluarkan laporan kualiti (COA) untuk memastikan pelanggan boleh menggunakan produk tanpa bimbang.

Industri besi dan keluli

Ditambah pada keluli sebagai penyahoksida untuk mengeluarkan oksigen dengan berkesan dan meningkatkan kekuatan dan keliatan keluli.

Pengilangan aloi aluminium

Digunakan untuk meningkatkan kekuatan, rintangan kakisan dan prestasi tuangan aloi aluminium.

Industri kimia

Digunakan sebagai bahan mentah penting untuk penyediaan silane, silikat, minyak silikon, resin silikon dan produk kimia lain.

Bahan Bateri

Digunakan sebagai bahan tambahan untuk anod bateri-ion litium untuk meningkatkan kapasiti bateri dan hayat kitaran.

Industri fotovoltaik dan semikonduktor

Walaupun silikon gred-logam tidak cukup tulen untuk digunakan secara terus dalam-elektronik kelas atas, ia boleh digunakan sebagai prekursor penulenan untuk penghasilan silikon gred-kimia atau bahan kimia.

Refraktori

Digunakan secara meluas dalam batu bata refraktori dan komposit untuk-perapian relau suhu tinggi, seramik dan kaca.

Daripada bijih kuarza semula jadi kepada jongkong silikon-ketulenan tinggi, proses pengeluaran silikon gred-logam menyepadukan teknologi pelbagai disiplin seperti-tindak balas fizikokimia suhu tinggi, sains bahan dan kawalan proses. Sebagai "proses sumber" rantaian industri bahan silikon, kualiti dan kestabilannya secara langsung mempengaruhi prestasi dan kos aplikasi hiliran.

Memandangkan permintaan global untuk tenaga hijau, storan tenaga, kenderaan elektrik dan produk elektronik pintar terus berkembang, kepentingan silikon gred -logam semakin ketara, yang turut membawa peluang baharu untuk peningkatan industri dan pembangunan teknologi perlindungan alam sekitar.